Mobile WiMAX, die Zukunft des Mobilfunks? Max Riegel <riegel@max.franken.de> KNF Kongress ’06, 2006-11-26

Übersicht Wachstum des Internet Herkömmliche Mobilfunknetze Breitbandige Internetzugänge Betreiberrollen beim Breitband Internet WiMAX macht Breitband Internet mobil Mobile WiMAX Netzarchitektur Mobile WiMAX Netzwerk Referenzpunkte WiMAX Network Reference Model ASN Profile Beziehung zwischen Mobile WiMAX und IEEE802.16 Das WiMAX Forum Die Evolution der Mobile WiMAX Radioschnittstelle Die Idee hinter Mobile WiMAX Zusammenfassung Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Das Wachstum des Internet Die übertragene Datenmenge im Internet hat das Telefonnetz überholt … mit einem andauernden jährlichen Wachstum von 70 … 100% Es besteht der Bedarf, das Internet auch über den Mobilfunk zugänglich zu machen. Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Die Struktur eines Mobilfunknetzes Ein Mobilfunknetz besteht aus: Einrichtungen zur Bereitstellung von Diensten, z.B. Telefonie, SMS-Server, MMS-Server, Klingelton-Download, Musik-Download, Voice-Mailbox, … Einrichtungen zur Vermittlung von Diensten an Kunden, Protokollierung der Nutzung und Erstellung einer detailierten Abrechnung. Einrichtungen zum Transport der Dienste über Festnetzleitungen und mobile Funkverbindungen zum Kunden. Für die Nutzung der Dienste geeignete Endgeräte (Handys, PDAs) Mobilfunkbetreiber Dienste  Profit Center  Profit Enabler  Cost Center Vermittlung Netzbindung erlaubt kostengünsitgen Einstieg mit subventionierten Endgeräten Funknetz Teilnehmer Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Warum ‘Internet’ über traditonelle Mobilfunknetze nicht funktioniert … Jeder Mobilfunkbetreiber möchte seinen Gewinn erhöhen. Wenn schon alle ein Handy haben, ist es schwierig neue Kunden zu finden. Abwerbung von Mitbewerbern ist teuer und erzeugt eine Subventions- Erwartungshaltung. Höhere Gewinne kommen aus verstärkter Nutzung (günstigere Tarife bei stärkerer Nutzung) und neuen Diensten, die hohe Einnahmen bei geringer Belastung des Funknetzes versprechen (SMS, Klingeltöne!) Breitbandiger Internetzugang bringt nur geringe Einnahmen bei hoher Funknetzbelastung. Die ‘Erfindung’ neuer schmalbandiger Dienste ist attraktiver als der teure Ausbau des Funknetzes. Mobilfunkbetreiber Dienste  Profit Center Vermittlung  Profit Enabler Funknetz  Cost Center Teilnehmer Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

‘Breitband Internet’ funktioniert anders … Klassischer Mobilfunk ‚Breitband Internet‘ ASP Dienste Dienste Internet Vermittlung Vermittlung ISP Funknetz Funknetz NAP Teilnehmer Teilnehmer Teilnehmer Teilnehmer Teilnehmer Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Betreiber-Rollen beim ‘Breitband Internet’ Network Access Provider (NAP) Installiert und betreibt Teilnehmeranschlussleitungen Hat keine direkte Geschäftsbeziehung mit Teilnehmern Vermietet seine Anschlussleitungen an verschiedene ISPs. Internet Service Provider (ISP), auch Network Service Provider (NSP) Bietet den Internet-Zugang über Teilnehmeranschlussleitungen Hat eine direkte Geschäftsbeziehung mit dem Teilnehmer Kümmert sich um Teilnehmer-Marketing und Abrechnungen ISPs können in Roaming-Verbünden Mitglied sein und so ihren Kunden auch auf Reisen Internet-Zugang ermöglichen. ASP (Application Service Provider) Diensteanbieter im Internet, z.B. Google, Yahoo, … Häufig werbefinanziert um direkte Abrechung mit Kunden zu sparen Bieten zunehmend auch klassische Telekommunikations- dienstleistungen an, z.B. Telefonie Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

WiMAX macht ‘Breitband Internet’ mobil Die Gliederung des Telekommunikationsmarktes: “Integrated Services Digital Network” fest mobil xDSL, Cable ‘best-effort’, (Priorisierung) Interaktive Dienste Streaming, Downloads Zugang zum Internet Web, email Flat-rate, Nutzungsklassen “Digital Subscriber Line” POTS, ISDN (B-ISDN, ATM) ‘WiMAX’ IEEE802.16-2004 IEEE802.16e Wi-Fi GSM, UMTS (WCDMA, HSDPA) Garantierte Übertragung Echtzeitanwendungen (Sprache) definierte Verkehrsklassen Integrierte Dienste Telefonie, SMS, Mehrwertdienste Detailierte Abrechnung und Rechnungsstellung Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Mobile WiMAX folgt ‘Breitband Internet’ Klassischer Mobilfunk Mobile WiMAX Netzarchitektur ASP Dienste Dienste Internet Vermittlung Vermittlung NSP Funknetz Funknetz NAP Teilnehmer Teilnehmer Subscriber Subscriber Subscriber Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Mobile WiMAX Netzarchitektur Mobile WiMAX entwickelt sich aus Breitband Internet DSL/Cable -> WiMAX nomadisch -> Mobile WiMAX Die Mobile WiMAX Netzarchitektur lehnt sich an die Breitband Internet Netzarchitektur an Kleiner Netzwerke können wie WLAN-Hotspots aufgebaut werden Regulatorische Gesichtspunkte sind mitberücksichtigt ‘unbundeled access’/‘bitstream access’ in Europa Nomadischer Betrieb für FWA-Frequenzen Unterstützung von ‘Network Sharing’ Erhebliche Kosteneinsparungen im Funknetz Differentierung zu GSM und UMTS GSM und UMTS sind für schmalbandige Dienste optimiert Mobile WiMAX adressiert nicht den Telefoniemarkt Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Vorgaben für die Mobile WiMAX Netzarchitektur Die Mobile WiMAX Netzwerk Architektur soll eine klare Gliederung und eine hohe Flexibilität bei der Implementierung bieten: Zentralisierte oder völlig verteilte Implementierungen der Netzknoten Kostengünstige Realisierungen sowohl von kleinen als auch von sehr grossen Netzen Einsatzmöglichkeit im innerstädtischen, dicht besiedelten und ländlichen Umfeld Verwendbarkeit von lizensiertem und unlizensiertem Spektrum Hierarchische oder flache Netztopologie Ko-Existenz von stationärem und mobilen Netzbetrieb in der gleichen Architektur Die Herausforderung: Entwicklung eines Architektur-Rahmenwerks, das Interoperabilität zwischen verschiedenen Herstellern bietet ohne die Freiheiten bei der Implementierung einzuschränken. Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Mobile WiMAX Netzwerk Referenzpunkte Klassische Funknetze Mobile WiMAX Netzarchitektur ‘A’ ‘B’ ASP Services Services Internet Core Core NSP R5 R2 R3 RAN RAN NAP R4 R1 Teilnehmer Teilnehmer Teilnehmer Teilnehmer Teilnehmer Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Die Struktur der Referenzpunkte MS CSN ASN R6 R1 R3 RRM-C RRM-S Pg/SM Pg/SM Pag. & Loc Pag. & Loc Config Authorization Authorization PKM PKM Authentication Authentication QoS QoS QoS Ctrl QoS Ctrl HO HO Mob Mgmt Mob Mgmt DataPath DataPath DataPath Encaps Encaps Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

WiMAX Network Reference Model (NRM) SS: Subscriber Station MS: Mobile subscriber station ASN: Access Serving Network CSN: Connectivity Serving Network Das Network Reference Model (NRM) kann unterschiedlich implementiert werden: Flach/Verteilt, Hierarchisch/Zentralisiert, Aufgelöst oder alles in der Basisstation integriert Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Hinweise zum Network Referenz Model Die Interoperabilität wird an den Referenzpunkten realisiert ohne irgendwelche Vorgaben zu machen, wie die Funktionen in den Geräten implementiert werden. Die Definitionen basieren auf logischen Funktionseinheiten, die vom Hersteller oder Betreiber getrennt oder integriert realisiert werden können. Es werden keine spezifischen physikalischen Funktionseinheiten definiert, wie es z.B. im UMTS mit dem SGSN oder PDSN der Fall ist. Die interne Topologie des ASN bzw. CSN bleibt den Herstellern und Betreibern überlassen. Interoperabilität wird an den Schnittstellen des ASN und CSN gewährleistet. Auf Betreiberwunsch gibt es ein aufgelöstes Model eines ASN, das Interoperabilität zwischen Basisstationen verschiedener Hersteller erlaubt. Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

WiMAX Network Reference Architecture (Roaming-Fall, Home Agent im vNSP) MS BS ASN GW AAA proxy HA PF R1 R3 CSN R4 R2 Internet NAP vNSP hNSP R5 Das NRM beschreibt beispielhaft eine funktionale Aufteilung innerhalb des ASN (BS, ASN-GW) Die meisten Implementierungen folgen diesem Modell Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

ASN Profile Standard Rel. 1 ASN Profiles: BTS BS BS ASN-GW [BSC] BTS Data Path Func. HO Context Server Client Authent. Relay Authenticator Virtual MIP Client FA Paging Initiator Controller Agent Location Register RRM-C RRM-A Release 1 Protocols Inter-Functions Triggers (unspezifiziert) Rel. 1 ASN Profiles: A B C ASN ASN ASN BTS BS BS ASN-GW [BSC] ASN GW BTS BS BS unspezifiziert aufgeteilt BTS BS BS PHY u. teilweise MAC in BTS Handover-Steuerung in ASN-GW Routing und AAA/Pg in ASN-GW e.g. meiste Funktionen in BS Router zur Anbindung an CSN BS-BS Kontrolle über ETH Alle Radiofunktionen in BS Handover-Kontrolle (RRM) in BS Routing und AAA/Pg in ASN-GW Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Reale Implementierungen verbinden verschiedene Modelle NAP+NSP NSP NSP CSN AAA R3 PF HA ASN CSN CSN R1 MS BS AAA AAA PF ASN GW PF R5 R1 BS MS HA Internet Internet Die meisten Zugangbetreiber werden einen direkten Zugang zum Internet mit einem integrierten CSN realisieren um Transportkosten zu sparen. Möglicherweise ausschließlich zur Versorgung von ‘Roaming Users’. Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Modell einer ‘flachen’ Realisierung ASP ASP ASP ASP Internet OP#1 OP#3 HLR WAG 3G MNO OP#2 OP#4 Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Beziehung zwischen IEEE802.16 und Mobile WiMAX Netzwerk IEEE802.16/802.16e Data/Control Plane CS SAP 802.16f/g NetMan Management Plane WiMAX Netzwerk RAN Architecture External Networks Service Specific Convergence Sublayer (CS) Management Entity Service Specific Convergence Sublayer MAC SAP MAC MAC Common Part Sublayer (MAC CPS) RAN Control & Transport Functions Management Entity MAC Common Part Sublayer Privacy Sublayer Privacy Sublayer PHY SAP Management Entity PHY Layer PHY Pysical Layer (PHY) IEEE802.16-2004 & 802.16e definieren nur Data Plane und Control Plane Management plane Funktionen sind in 802.16f & g (NETMAN) IEEE P802.16 behandelt keine Funktionen des Radio Zugangsnetzes Die Standardisierung dieser Funktionen erfolgt für Mobile WiMAX in der Networking WG des WiMAX Forums. Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Worldwide Interoperability for Microwave Access Die Aufgabe des WiMAX Forums ist Unterstützung der Einführung von drahtlosen Breitband Internet Zugängen auf Basis IEEE802.16 durch die Zertifizierung der Interoperabilität von Produkten und Techniken. Unterstützung der Markteinführung der IEEE802.16 Standardfamilie Definition von Profilen im IEEE802.16 Standard, die für den mobilen breitbandigen Internet-Zugang geeignet sind. Zertifizierung der Interoperabilität auf der Radio-Schnittstelle und auf Netzwerk-Schnittstellen Sicherstellung der globalen Einsatzmöglichkeit Das WiMAX Forum hat in zwei Jahren mehr als 400 Mitglieder gewonnen. Vorsitz: Intel Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Die Evolution der Mobile WiMAX Radioschnittstelle Parallele Aktivität in Korea: “WiBro” 802.16 (2001) Fixed wireless broadband Air Interface: 10 – 66 GHz 802.16 Amendment Fixed wireless broadband MAC & PHY: 2 - 11 GHz 802.16a (2003) 802.16 Rev PAR for 802.16, 802.16a Fixed wireless broadband System Profiles, Errata for 2 - 11 GHz (Formerly 802.16REVd) 802.16-2004 (June 2004) July ’04 Korea entscheidet die Zusammen-führung von “WiBro” mit 802.16e 802.16e Harmonization Änderungen zu 802.16e ratifiziert um ein gemeinsames Profil zu ermöglichen 802.16 Amendment for Combined Fixed and Mobile wireless broadband at vehicular speeds in Licensed bands from 2-6 GHz 802.16e-2005 (Dec 2005) Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

WiMAX Radio and IEEE 802.16 IEEE 802.16 World WiBro Mobile WiMAX OFDMA WiMAX Radio ist eine Untermenge von IEEE 802.16 Keine neuen Funktionalitäten erlaubt Verpflichtende Funktionen in 802.16 sind auch verpflichtend in WiMAX Radio, wenn sie vorhanden sind Optionale Funktionen in 802.16 können optional, verpflichtend oder nicht berücksichtigt sein. Fixed WiMAX 256 OFDM IEEE 802.16 World Mobile WiMAX OFDMA WiBro Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Fixed WiMAX vs. Mobile WiMAX WiMAX System Profiles: Fixed and Mobile WiMAX Fixed WiMAX (IEEE 802.16-2004) Mobile WiMAX (IEEE 802.16e-2005) Multiplexing OFDM OFDMA FFT size 256 512, 1024 Duplexing mode TDD, FDD, HFDD TDD Modulation BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM QPSK, 16-QAM, 64-QAM (optional uplink) Channel bandwidth 3.5, 7, 10 MHz 5, 7, 8.75, 10 MHz Frequency bands 2 GHz – 11 GHz 2.3-2.4 GHz 2.5-2.7 GHz 3.3-3.4 GHz Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Die Idee hinter Mobile WiMAX Für das Internet erreichen, was der Mobilfunk für die Telefonie erreicht hat: 1985: Telefonie zuhause, Telefonie am Arbeitsplatz 1995: Mobil telefonieren überall 2005: Breitband Internet zuhause, Breitband Internet am Arbeitsplatz 2010+: Breitband Internet überall 27% der 160 Mio verkaufter PCs in 2004 waren Notebooks 2005 Meilenstein: >50% der PCs in der USA sind Notebooks 90% aller neuen Notebooks sind mit WiFi ausgestattet Im Jan 2004 hatten 43% der US Haushalte Breitband Internet Bezahlbarer Multi-Mbit/s Mobile Broadband Internet Zugang überall Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

Summary: Mobile WiMAX Done Done MNO Services ASN BS ASP MS BS CSN ASN Zum Vergleich: Gleichwertige Funktionen in einem UMTS Netzwerk: UE NodeB RNC, SGSN GGSN, HSS IMS WiMAX Certification MNO Services ASN Managed IP Network BS ASN GW Managed IP Network MS Access Network ASP BS CSN ASN BS Internet ASN GW Access Network BS ASN: Access Serving Network CSN: Connectivity Serving Network ASP: Application Service Provider IEEE802.16 WiMAX Network WG (NWG) IEEE802.16 kümmert sich um PHY und MAC der Radioschnittstelle 802.16e erweitert MAC & PHY für Mobilität Dec. ‘05 WiMAX erstellt Profile und Zertifizierung für .16e End ’05/End ‘06 WiMAX NWG spezifiziert Zugangsnetzarchitektur Rel 1: End ’06 Auf Basis IETF Protokolle, ‘Kombination von 3GPP2/DSL/(3GPP) Done Done Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26

THE END Danke für Eure Aufmerksamkeit. Fragen und Anmerkungen? Max Riegel, Mobile WiMAX, KNF Kongress '06, 2006-11-26